神东矿区采区最佳开采参数研究报告

神东矿区回采工作面最佳参数研究课题研究报告太原理工大学神华神府东胜煤炭有限责任公司2002年11月20日神东矿区回采工作面最佳参数研究—1—课题组人员组成太原理工大学课题组负责人：康立勋教授（博士）王小汀教授（工学硕士）课题组参加人员：冯志强硕士研究生张军硕士研究生李国才硕士研究生高红波硕士研究生神华神府东胜煤炭有限责任公司课题组负责人：王安神东公司总工程师,副总经理高级工程师马茂盛神东公司多经公司总工程师高级工程师课题组参加人员：田瑞云神东公司安监局总工程师高级工程师武子生榆家梁煤矿总工程师高级工程师杨俊哲大柳塔煤矿总工程师高级工程师杜福荣乌兰木伦煤矿总工程师高级工程师程远辉神东公司生产部高级工程师贺安民大柳塔煤矿副总工程师高级工程师孙建民神东公司生产技术部副部长高级工程师赵永峰神东公司生产技术部副部长高级工程师潘金神东公司生产技术高级工程师赵俊辉神东公司生产技术工程师杭月珍神东公司计划部副经理高级经济师神东矿区回采工作面最佳参数研究—2—目录第一章前言.......................................0第一节神东矿区回采工作面最佳参数研究的必要性........3第二节课题主要研究内容..............................4第三节研究实施方案..................................5第四节研究开发计划..................................6第五节主要结论......................................7第二章矿区开采技术条件...............................8第一节补连塔矿井简介................................8第二节煤层赋存条件..................................8第三节井田开拓方式.................................10第四节矿井生产系统.................................10第五节采煤方法.....................................11第三章采区巷道布置类型分析..........................15第一节走向长壁巷道布置.............................15第二节倾斜长壁巷道布置.............................16第三节神东矿区采区巷道布置方式分析.................17第四章工作面开采技术因素分析........................20第一节地质条件对工作面参数的影响...................20第二节开采技术条件因素分析.........................26第五章工作面最佳参数计算机优化系统..................35第一节采区各类费用计算............................35第二节建立经济数学模型.............................45第三节模拟程序设计.................................46第三节实际应用.....................................52第六章神东矿区工作面最佳参数多目标决策..............61第一节多目标决策方法...............................61第二节工作面参数评价准则的确定.....................70第三节提出可行方案集...............................71第四节建立层次结构模型.............................74第五节应用插值法计算各方案相对各指标的评分值.......77神东矿区回采工作面最佳参数研究—3—第一章前言第一节神东矿区回采工作面最佳参数研究的必要性回采工作面生产系统是一个复杂多变的随机服务系统,受矿井的地质、设备、技术管理水平等众多因素的影响,在不同开采条件下，回采工作面开采技术参数取值不同，所取得的技术经济指标是不同的，它将直接影响着矿井的经济效益。如何确定回采工作面的开采参数，取得最佳的技术经济指标是多年来采矿工作者一直关心的问题，并且曾进行过大量的研究工作。回采工作面最佳参数的研究是针对矿井的具体条件，以最优化理论为基础，应用系统理论方法，在对现有矿井大量生产数据进行统计分析的基础上，对多目标多参数进行分析，找出影响采煤工作面生产系统的主要因素，确定回采工作面参数与各类费用的数值关系，在满足给定矿井回采工作面各种约束条件的前提下，合理地选择设计变量数值范围，通过应用计算机选优方法，获得在一定意义上的回采工作面最优开采参数，其目的就是找到一组合适矿井实际生产条件下的回采工作面参数的设计变量数值，使得由这些参数所确定的设计方案为回采工作面的最佳开采方案。由此可见，回采工作面最佳参数的研究不仅是选优方法，也是一种实用的新技术。如果回采工作面参数设计不合理，将对矿井今后的生产和管理产生一系列影响。因此，回采工作面参数的研究将对矿井安全生产、减员提效具有重要的现实意义。将回采工作面最佳开采方案参数研究成果与计算机图形绘制神东矿区回采工作面最佳参数研究—4—和数据库系统相结合，建立回采工作面最优开采技术方案的计算机优化系统，可用于回采工作面的设计、决策、计划、管理，实现工作面管理的智能化、自动化，将有助于提高矿井现代化管理水平，具有很大的应用与推广价值。神东矿区是我国最大的煤炭生产基地之一，煤层赋存浅，煤田地质构造、煤层结构、水文等条件简单，瓦斯涌出量小，矿井机械化、自动化程度高。具有独特的地质条件和开采技术条件，拥有世界一流采掘机械设备，其采掘工作面技术经济指标均达到国外先进水平。如：补连塔矿综采工作面，采高4.5—4.8m，工作面长度242m，工作面推进长度达到5000m，工作面日产量最高达到3万t/d、月产量最高达到50万t/月，掘进工作面最高班进尺达到73m/班、最高日进尺达到130m/d、最高月进尺达到2960m/月，技术经济指标达到国内领先水平。美国梅格斯31号矿最高月产量达到521425t/月，创世界综采工作面单产最高记录。澳大利亚优兰矿综采，采高2.75—3.65m，工作面长度200m，工作面推进长度2000m，工作面日产量达到25000t/d。故此，对神东矿区的具体条件，研究工作面最佳参数，是非常必要的，具有重要的现实意义和理论指导价值。第二节课题主要研究内容1、工作面巷道布置类型的研究：针对煤矿的实际条件，分析可行的采区巷道布置类型以及其优缺点和适应条件，确定适合本矿区开采的采区巷道布置类型。神东矿区回采工作面最佳参数研究—5—2、工作面参数的技术经济论证：依据矿井回采工作面的地质条件（煤层厚度、倾角、围岩条件、瓦斯、自燃发火等）、设备条件、技术管理水平等条件，从技术上、经济上对回采工作面系统各类参数进行综合分析，找出影响工作面参数的主要因素，确定在不同条件下工作面长度和推进长度的合理取值范围。3、工作面内各类费用的研究：针对神东矿区高产高效矿井的具体条件，与巷道布置类型相对应，确定不同类型回采工作面巷道布置各类费用的计算方法及费用参数的取值。4、回采工作面最佳参数的计算机优化系统：针对神东矿区典型矿井不同回采工作面的巷道布置类型、各类费用取值，建立回采工作面最佳参数的计算机优化系统软件，找出各类费用与工作面参数的关系曲线，确定在不同条件下工作面的最佳布置长度和推进长度的取值范围。5、从系统整体最优化的观点，应用多目标决策决策理论的综合指标极大值方法，对工作面的参数进行综合优化。第三节研究实施方案1、以神华神府东胜煤炭有限责任公司补连塔煤矿为主要研究对象，收集本矿长壁工作面和连采工作面生产的实际数据，对矿区采煤系统进行系统研究，从技术上确定合理的采区巷道布置和回采工作面参数的取值范围。2、经济上找出工作面各类费用参数的费用组成，其费用包括：（1）巷道掘进费：集中运输巷、集中回风巷、工作面运输巷神东矿区回采工作面最佳参数研究—6—道、工作面回风巷道、联络巷道、工作面开切眼等；（2）巷道维护费：集中运输巷、集中回风巷、工作面运输巷道、工作面回风巷道、工作面集中巷道、掘进工作面及备用工作面巷道等；（3）煤炭运输费：煤炭运输设备费折旧及大修费、煤炭运输电力消耗等；（4）工作面通风费；（5）工作面辅助运输费；（6）工作面搬家费；（7）工作面成本：工作面工人工资、工作面主材消耗、主要设备折旧及大修费；3、以采区吨煤费用最低为准则，建立回采工作面最佳参数的计算机优化系统，确定补连塔矿综采工作面最佳参数的取值，并且对工作面的技术经济指标进行预测分析，为神东矿区综采工作面参数的选取提供科学依据。第四节研究开发计划2001年8月—2001年12月，双方协商制定开发方案，收集综采工作面有关资料；2002年1月—2002年8月，研制软件；2002年9月—2002年11月，改进完善软件，整理研究报告并项目验收。神东矿区回采工作面最佳参数研究—7—第五节主要结论1、根据神东矿区的实际条件，采区巷道布置类型宜采用不设条带集中巷各煤层分别布置胶带运输机巷和回风辅助运输巷的分层布置的巷道方式。2、通过对矿区地质因素分析，在现有的地质条件下，当对煤矿井下防灭火采取有效技术措施后，工作面推进长度可达到6000m，工作面长度达到250m是完全可行的。3、通过开采技术条件因素分析，就神东矿区的开采技术条件，影响工作面参数的主要因素为各设备寿命和输送机长度限制了工作面长度。其它诸如巷道维护、供电、巷道掘进、通风等方面，当采取一定的技术措施后，工作面推进长度可达到6000m，工作面长度达到250m。4、矿业系统是一个多层次多目标的复杂系统，涉及到资源效益和经济效益等诸多方面。因此，在对其进行技术经济分析时，需要有一套科学的有效决策理论和方法。神东矿区工作面最佳参数优化系统的层次分析决策结果表明神东矿区在满足一定条件下，工作面长度不应低于200m，合理取值范围为210—250m；工作面推进长度不应低于2000m，合理取值范围为4000—6000m。神东矿区回采工作面最佳参数研究—8—第二章矿区开采技术条件第一节补连塔矿井简介补连塔煤矿位于内蒙古自治区伊克昭盟南部伊金霍洛旗境内，隶属神华集团神东公司。1987年7月1日开工建设，1997年10月16日正式移交投产。设计能力由60万t／a，扩建规模到800万t／a。全矿井现有员工450人，机构简单、人员精干，是一座一井一面集煤炭生产、洗选加工、封闭式储装外运的现代化高产高效矿井。第二节煤层赋存条件井田地表覆盖第四系松散层，厚度5—50m，平均20m左右，并呈东厚西薄、北厚南薄变化。井田内赋存地层从下到上由老至新有：上三叠统延长组（T3y），中、下侏罗统延安组（J1-2y），中侏罗统直罗组（J2y），上侏罗—下白垩统志丹群（J3—K1zh），第四系（Q）。井田内含煤地层为中、下侏罗统延安组（J1－2y），该组含煤地层平均厚度178.30m，共含有2、3、4、5、6五个煤组17层煤，其中11层可采，1-2、2-2、3-1号三个煤层为全区主要可采层。中、下侏罗统延安组（J1—2y）自下而上分为三个岩段：下岩段（J11-2y）：白灰色、灰白色细砂岩、粉砂岩、灰黑色砂质泥岩、泥岩及煤组成。底部是灰白色中砂岩，局部相变为粗砂岩，成份以石英神东矿区回采工作面最佳参数研究—9—为主，含黄铁矿结核及植物化石，含5、6号煤层组，煤层多而厚度小，最多可达10层，最少为6层，一般为8层，其中4层局部可采，且有分叉、相变及尖灭现象。中岩段（J21-2y）：由绿灰色、灰黑色粉砂岩、细砂岩和煤组成，主要特征是粒度细、分选性好，粘土胶结，且有水平层理和交错层理，含植物化石较多，含2-2、3-1号两个主要煤层，厚度大、变